梨樹縣農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染磷指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染問題已日益嚴(yán)重。利用磷指數(shù)法對(duì)梨樹縣的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染磷流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)磷素的不同流失程度、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出相應(yīng)的管理措施及建議。

【關(guān)鍵詞】非點(diǎn)源污染；磷指數(shù)；地理信息系統(tǒng)；危險(xiǎn)性；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.研究區(qū)域概況

研究區(qū)域自然條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況。

梨樹縣位于吉林省西南部，轄內(nèi)21個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。屬北溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)大陸性氣候。地上水資源比較豐富，但開發(fā)利用很不充分。農(nóng)業(yè)是梨樹縣的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，素來就有黃金玉米帶之美譽(yù)。

2.農(nóng)田磷指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的建立

2.1基本數(shù)據(jù)信息獲取

本研究用到的數(shù)據(jù)主要有圖形資料、降雨量數(shù)據(jù)、研究區(qū)域調(diào)查資料等。

2.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

通過地理信息系統(tǒng)軟件對(duì)信息數(shù)據(jù)的提取，數(shù)據(jù)賦值，空間插值，公式計(jì)算，圖層疊加等一系列步驟，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，得到磷指數(shù)值，確定研究區(qū)磷流失的不同危險(xiǎn)等級(jí)，從而進(jìn)行研究區(qū)域內(nèi)的磷指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.磷指數(shù)法的具體應(yīng)用

本文進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，磷指數(shù)法采用賓夕法尼亞的索引版本8/2002。

第一部分：篩選工具

當(dāng)研究區(qū)域滿足土壤有效磷（Mehlich-3）>200mg P kg-1，或滿足污染源距河流的貢獻(xiàn)距離<45.7m時(shí)，即滿足其中任意一條則進(jìn)入第二部分評(píng)價(jià)。

第二部分：因子

A部分：來源因子

表3-1 來源因子

Table 3-1 source factors

土壤有效磷比率=0.20×（Mehlich-3）P（mg Pkg-1） （3-1）

化肥磷比率=化肥P含量×方法 （3-2）

有機(jī)肥磷比率=有機(jī)肥P含量×方法×有效性 （3-3）

來源因子=土壤有效磷比率+化肥磷比率+有機(jī)肥磷比率 （3-4）

B部分：遷移因子

表3-2 遷移因子

Table 3-2 Transport factor

*或在小河附近迅速的滲透性土壤

運(yùn)輸總和=土壤侵蝕+徑流潛力+地表水體連通性+徑流貢獻(xiàn)距離 （3-5）

遷移因子=修改連接因子×（運(yùn)輸總和/22） （3-6）

磷指數(shù)（PI）值=2×來源因子×遷移因子 （3-7）

表3-3 磷指數(shù)的危險(xiǎn)等級(jí)和管理指導(dǎo)

Table 3-3 Risk classes and management guidance for the phosphorus index

3.1來源因子的獲取

3.1.1土壤有效磷

將研究區(qū)域各采樣點(diǎn)獲得的土壤速效磷含量轉(zhuǎn)化為（Mehlich-3）P[1]，通過公式（3-1），轉(zhuǎn)化為土壤有效磷比率，生成梨樹縣的土壤有效磷比率的空間分布數(shù)據(jù)圖。經(jīng)計(jì)算，梨樹縣土壤有效磷比率的均值為26.82mg/kg。

3.1.2施肥因子

通過實(shí)地調(diào)查，研究區(qū)域的施肥時(shí)間比較集中，化肥施用方式多以基肥為主，施肥時(shí)間主要集中在4-8月，一般施在土壤以下2cm左右。施肥多依賴化肥，所以本次評(píng)價(jià)不考慮有機(jī)肥的因素。結(jié)合當(dāng)?shù)厥┓尸F(xiàn)狀，將施肥因子中各相關(guān)方面對(duì)于不同地點(diǎn)給予相應(yīng)賦值。

3.2遷移因子的獲取

3.2.1土壤侵蝕量的計(jì)算

美國(guó)土壤流失通用方程（USLE）是目前估算高地侵蝕造成的土壤流失最普遍的估算式，也是當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛的水蝕模型。表達(dá)式為：

A=R×K×L×S×C×P （3-8）

（1）降雨侵蝕力因子R。

本研究應(yīng)用的是由梨樹縣氣象局提供的近十年的降雨數(shù)據(jù)。整理得出多年月平均降雨量及年平均降雨量，利用降雨侵蝕力因子R的計(jì)算公式，求得該區(qū)的年降雨量為468.36mm，R值為26.16。

（2）土壤可蝕性因子K。

土壤可蝕性因子K反映不同土壤的潛在侵蝕性，K值越大，侵蝕敏感度越高，越易被侵蝕。相反，K值越小，侵蝕敏感度越低，也越不容易被侵蝕。K值大小與土壤粒度結(jié)構(gòu)、土壤物理性質(zhì)、機(jī)械組成、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤滲透性等息息相關(guān)。本文采用1995年，陳明華等人[2]建立的土壤可蝕性K值的計(jì)算公式：

K=10-3（164.8-2.31X1+0.38X2+2.26X3+1.31X4-14.67X5） （3-9）

利用ArcGIS軟件，以梨樹縣土壤類型圖作為底圖，對(duì)研究區(qū)域gird圖層進(jìn)行相應(yīng)的賦值，在計(jì)算機(jī)上可以獲得土壤可蝕性K值空間分布。

（3）坡長(zhǎng)、坡度因子LS。

有關(guān)地形因子LS的計(jì)算，本研究采用的是由W.H.維希邁爾和D.D.史密斯提出的，在我國(guó)應(yīng)用較多[57-59]的計(jì)算公式。利用數(shù)字高程圖確定坡度因子S以及坡長(zhǎng)因子L。

LS=（L/22）0.3（θ/5.16）1.3 （3-10）

（4）地表植被覆蓋因子C。

地表植被覆蓋因子C值受影響因素較多，取值變化較大，很難確定其固定的值。因此本研究中對(duì)于C值得確定，通過參考查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得。

（5）水土保持措施因子P。

水土保持因子P無變化規(guī)律。根據(jù)研究流域土地利用現(xiàn)狀，參考相關(guān)文獻(xiàn)，確定P值，賦值后獲得水土保持措施因子P值的空間數(shù)據(jù)圖。

（6）土壤侵蝕量計(jì)算。

根據(jù)公式（3-8）獲得土壤侵蝕量，從而確定土壤侵蝕分級(jí)，大部分地區(qū)土壤屬于微度侵蝕，極少地區(qū)屬于輕度侵蝕。

3.2.2徑流潛力因子

本研究選用年徑流深作為衡量徑流對(duì)磷流失的影響指標(biāo)。年徑流深是指年徑流量均勻地鋪在整個(gè)流域上所相當(dāng)?shù)乃畬由疃取Ｍㄟ^查資料，確定徑流深分級(jí)。根據(jù)梨樹縣年徑流深度，將徑流潛力因子賦值。

3.2.3地表水體連通性

根據(jù)研究區(qū)域考察情況，梨樹縣地區(qū)水稻田只有少量的排水溝零星分布于農(nóng)田中，受經(jīng)濟(jì)條件限制，并不成一定規(guī)模，故相應(yīng)等級(jí)為中，而旱地及其他非耕地地區(qū)則沒有排水系統(tǒng)，相應(yīng)等級(jí)為低，將各區(qū)域分別賦予相應(yīng)的等級(jí)分值。

3.2.4徑流貢獻(xiàn)距離

徑流貢獻(xiàn)距離是指農(nóng)田到最近水體的直接距離。在本研究中，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)量測(cè)得到農(nóng)田各點(diǎn)到流域的距離。在賓夕法尼亞磷指數(shù)方法中，將距離因子分為五個(gè)等級(jí)，賦值并進(jìn)行空間插值，形成徑流貢獻(xiàn)距離因子空間分布圖。

3.2.5修改連接因子

通過土里利用圖，可以看出，梨樹縣大部分河道和湖泊周圍坡岸都沒有建立植被緩沖帶，只有部分地區(qū)有少量草皮，所以將修改連接因子賦值為1。

3.3磷指數(shù)的計(jì)算

將來源因子和遷移因子中各相關(guān)因子的各個(gè)空間分布圖層設(shè)置相同大小的柵格，然后統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中，利用柵格計(jì)算器功能，通過磷指數(shù)公式、圖層疊加等操作，計(jì)算磷指數(shù)PI的值，形成梨樹縣磷指數(shù)值空間分布圖。

4.研究結(jié)論

將研究區(qū)域按照農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染磷指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低、中、高、很高進(jìn)行等級(jí)劃分。研究表明，流域中磷素流失的危險(xiǎn)等級(jí)為低的占研究區(qū)域面積的68%，主要分布在梨樹縣的中部，磷指數(shù)流失的危險(xiǎn)等級(jí)為中的占31%，主要分布在梨樹縣的東南部，危險(xiǎn)等級(jí)為高和很高的占1%，零星分布于石嶺子鎮(zhèn)、葉赫滿族鎮(zhèn)。

通過研究確定農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染磷流失的關(guān)鍵因子，磷流失危險(xiǎn)等級(jí)的高低主要受土壤有效磷、磷肥施用量、地形坡度和土地利用類型以及污染源距河流距離的遠(yuǎn)近等關(guān)鍵因子的影響。其中土壤有效磷、磷肥施用量以及研究區(qū)的地形因子（坡度、坡長(zhǎng)）主要起著比較大的作用。同時(shí)得出磷素流失的危險(xiǎn)等級(jí)共同取決于源因子和遷移因子兩個(gè)方面，任意單方面都不能單獨(dú)決定農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷污染危險(xiǎn)等級(jí)的大小。

根據(jù)研究區(qū)域不同的磷素磷流失程度、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出控制污染源和控制污染物擴(kuò)散途徑等相應(yīng)的管理措施及建議，為非點(diǎn)源污染的治理問題提供重要的科學(xué)依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋建蘭，崔建寧，薛會(huì)英，江榮風(fēng).Mehlich-3方法測(cè)定土壤有效養(yǎng)分的相關(guān)性研究[J].首屆全國(guó)測(cè)土施肥技術(shù)研討會(huì)論文集，2007（3）：188-192.

[2]陳明華，周伏建等.土坡可蝕性因子的研究.水土保持學(xué)報(bào)，1995，9（1）：19-24.